Capteurs6

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CAPTEURS - CHAINES DE MESURES
Pierre BONNET
Pierre Bonnet – Master GSI - Capteurs Chaînes de Mesures
1
Plan du Cours
Propriétés générales des capteurs







Notion de mesure
Notion de capteur: principes, classes, caractéristiques générales
Caractéristiques en régime statique
Caractéristiques en régime dynamique
Conditionnement et électronique de mesure
Conversion numérique
Transport, perturbations, protection, Isolation des signaux
2
Transport des signaux
LIGNE DE TRANSMISSION
Pertes Ohmiques
 V =V
R
G
RR
RG  2 r  R R
 La perte ohmique provoque un affaiblissement du signal reçu
 La perte ohmique est d'autant plus faible que
- la résistance de la ligne est faible
- l'impédance du récepteur est forte
3
Perturbation du Signal
Signal analogique
 toute perturbation provoque une
erreur sur le signal analogique
 la perturbation est admissible si elle
est inférieure à la précision admissible
(évaluée par rapport au pas de
quantification)
Signal logique

 la perturbation n'a
d'influence que pour une
amplitude dépassant les
seuils de basculement de la
logique
4
Perturbation par couplage capacitif
 la source perturbatrice a pour fréquence ω
iN =

VN
Z R  ZC
avec Z C =
1
1
1
1
et
=

j Cω
C
C1 C 2
éloigner la source perturbatrice
5
Blindage capacitif
 Le blindage est réalisé en matériau conducteur
 Le blindage n ’est efficace que s ’il est relié à un
potentiel constant par rapport au circuit à protéger
6
Blindage capacitif d ’un élément isolé
Blindage capacitif d ’une liaison

un seul point de référence pour le montage
7
Blindage capacitif d ’un ensemble
le point de référence unique de référence de l ’ensemble des
blindages est appelé nœud de masse
8
Perturbation par couplage magnétique
 la source perturbatrice est une source alternative
 le circuit récepteur est le siège d'une f.e.m. Induite :
e =−
d
dt
avec
=
B. 
S
9
Blindage magnétique
le blindage magnétique est réalisé par un matériau
conducteur
 une forte perméabilité magnétique permet de conduire les
lignes de champ et d ’éviter les fuites magnétiques
10
Orientation des circuits
les circuits magnétiques à
Orientation des conducteurs
surface non-nulle doivent être
disposés perpendiculairement aux
circuits perturbateurs
11
Circuits à surface moyenne nulle
les mêmes règles sont à appliquer aux circuits perturbateurs:
- câblage par paires ( triplets ou quadruplets pour les
réseaux à courants triphasés )
- torsade des paires
12
Boucle de courant
Principe
 La tension aux bornes du générateur et du récepteur est définie par les
propriétés de ces fonctions
 La tension de boucle n ’a aucune influence sur la valeur de l ’information
transmise
13
Boucle de courant
Exemples d'émetteur et de récepteur de boucle
14
Boucle de courant
Boucles avec alimentation
Boucle à émetteur passif
Boucle à émetteur actif
15
Boucle de courant
Boucle auto-alimentée 4-20mA
 Courant d ’auto-alimentation disponible d ’au moins de 4mA, ce qui
permet d ’alimenter le conditionneur de signal du capteur
 Le capteur est isolé de sa masse locale
 Même principe pour les actionneurs auto-alimentés (servo-valve, petit
actionneur électrique…)
 Sécurité de transmission (rupture, court-circuit)
16
Boucle de courant
Convertisseur PT100-Boucle de courant numérisé
17
Boucle de courant
Convertisseur PT100-Boucle de courant numérisé (suite)
●
Spécifications électriques :
Tension d’alimentation .................................................... 10...35 Vcc
●
Temps de chauffe .............................................................. < 5 min.
●
Rapport signal / bruit ........................................................ Min. 60 dB
●
Dynamique du signal d’entrée ........................................... 17 bit
●
Dynamique du signal de sortie ............................................ 16 bit
●
Temps de réponse
●
(0...90%,100...10%) ......................... . < 165 ms
Coefficient de température échelle > 100°C ...................... ±0,01% de l’EC/°Camb.
●
Erreur de linéarité ............................................................. < 0,1% de l’EC
●
Résistance de ligne par fil max. ........................................... 10 Ω
●
Courant de capteur ............................................................ > 0,2 mA < 0,4 mA
●
Précision de base ............................................................... < ±0,3°C
●
Indication de rupture de capteur ......................................... Haut d’échelle / bas d’échelle
●
Charge (max.) .................................................................... (Valim. - 10) / 0,02 [Ω]
●
●
Stabilité de charge .............................................................. < 0,01% de l’EC / 100 Ω
Limite de courant ................................................................ < 28 mA
●
18
Boucle de courant
Boucle auto-alimentée 4-20mA numérisée
www.hartcomm.org
www.romilly.co.uk
●
Highway Adressable Remote Transducer
• Superposition d ’un signal numérique à valeur moyenne nulle (modulation FSK à 1200 bauds) sur le signal de
boucle de courant
• Compatibilité avec la boucle de courant analogique 4-20mA (séparation fréquentielle du signal de mesure)
• Possibilité de mesure en mode numérique
• Paramétrage à distance du capteur
19
Boucle de courant
La modulation FSK permet le transport des informations numériques sous forme d'octets
en format série classique (1 start, 8 bits data, Parité, stop)
www.hartcomm.org
www.romilly.co.uk
20
Boucle de courant
modem Hart
Plusieurs appareils peuvent être mis sur la même boucle de courant; dans une telle utilisation, la
valeur analogique du courant de boucle n'est plus signifiactive !
Ce montage permet de transformer la boucle en BUS de communication numérique à modulation
FSK (bonne robustesse en milieu perturbé).
21
Transmission Différentielle
Principe de la transmission différentielle analogique
la ligne de transmission est généralement une paire torsadée
blindée pour assurer un maximum d ’immunité au bruit
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Transmission différentielle perturbée
Perturbation de mode commun
la transmission différentielle est insensible aux sources de mode commun
(notion de rejet de mode commun)
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Transmission pour signaux numériques
la transmission différentielle pour signaux logiques utilise une tension
d ’alimentation unique

24
la transmission différentielle
symétrise le signal reconstruit

25
Transmission Différentielle Numérique
Transmission unidirectionnelle point à point  NORME RS 422
Transmission bidirectionnelle full duplex dite 4 fils
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Transmission unidirectionnelle réseau  NORME RS 485
Transmission bidirectionnelle réseau half duplex dite 2 fils
 la norme RS485 est la norme retenue pour de très nombreux réseaux de
terrain (Modbus, Profibus... )
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Convertisseur RS232 --> RS485 sur rail DIN
Convertisseur RS232 --> RS485 isolé type « bouchon »
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Exemple industriel: Modules Adams
Liaison RS485
Module maître côté PC
Module esclave côté process
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